1937年，克勞德·艾爾伍德·香農在他的碩士學位論文《A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits（繼電器和開關電路的符號分析）》中，科學、嚴謹地論述了如何使用布爾代數對繼電器電路進行分析和合成。1940年，香農因這一成果獲得了Alfred Noble協會美國工程師獎。
克勞德·艾爾伍德·香農
在攻讀博士學位期間，香農除了繼續研究開關理論，還進行微分分析器的研究。這種分析器是早期的機械模擬計算機，用於獲得常微分方程的數值解。1941年，香農發表論文《Mathematical Theory of the Differential Analyzer（微分分析器的數學理論）》。伴隨著模擬計算機理論的發展，他還嘗試去理解數字計算機如何來完成與此類似的計算任務。
在第二次世界大戰期間，香農對密碼術產生了極大的興趣，他意識到對密碼術根本性問題的研究與他當時正在研究的通信理論的思想密切相關。他的許多成果在語音加密裝備中有著重要的套用，而該裝備是羅斯福和邱吉爾在戰爭期間使用的主要通信工具。1945年，香農向貝爾實驗室提交了一份機密檔案，題目是《A Mathematical Theory of Cryptography（密碼術的一個數學理論）》，這一成果在第二次世界大戰結束後的1949年以《Communication Theory of Secrecy Systems（保密系統的通信理論）》為題目正式發表，這一篇論文為對稱密碼系統的研究建立了一套數學理論，從此密碼術成為了密碼學，由一門藝術成為一門真正的科學。
克勞德·艾爾伍德·香農
從1940年算起，香農用了八年的時間，為通信系統建立了一整套數學理論。他的理論涉及到整個通信處理過程，這些處理對象包括通信源頭、數據壓縮、信道編碼、調製、信道噪聲、解調、檢錯、糾錯等。理論關注了最佳通信系統的性能以及如何才能接近該性能。終於在1948年，香農在《Bell System Technical Journal》期刊上發表了《A Mathematics Theory of Communication（通信的數學理論）》一文，標誌著資訊理論的誕生，在這一篇論文中，香農提出熵（entropy）的概念，給出了可量化的信息的定義，推導出一系列定理。1949年，香農又在《Bell System Technical Journal》期刊上發表了《噪聲下的通信》一文，在這一篇論文中，香農闡明了通信的基本問題，給出了通信系統的模型，提出了信息量的數學表達式，並解決了信道容量、信源統計特性、信源編碼、信道編碼等一系列基本技術問題。
1949年，香農發表了《Programming a Computer for Playing Chess（編程實現計算機下棋）》，這是人工智慧的一個先驅工作。1950年，香農發明了會自我學習走迷宮的機械老鼠“Theseus”，成為第一台人工智慧裝置的雛形。1951年，他發表了論文《Presentation of a Maze Solving Machine（一個走迷宮機器的介紹）》，這是一篇機器學習的先驅著作。1953年，他曾設計了“心靈閱讀（Mind Reading）”機，可通過觀察、記憶和分析對方過去所做選擇的樣本，試圖猜測對方下一次可能選擇。
克勞德·艾爾伍德·香農
1954年，香農與摩爾（Edward Moore）合作對於不可靠組件的計算進行了理論研究，他們二人利用增加接點的冗餘度來提高繼電器電路可靠性，這個結果具有較大的理論意義，它與有擾信道傳信問題密切相關。1959年，香農發表論文《Coding Theorems for a Discrete Source with Fidelity Criterion（保真度準則下離散源的編碼定理）》創建了率失真理論，在連續訊息和離散訊息之間架起了一座橋樑，從而給信號數位化提供了一個基礎和有效的工具。1960年，香農發表論文《Two-way Communication Channel（雙向通信信道）》，創建了多用戶資訊理論。香農還曾提出將資訊理論用在生物系統，在他看來，機器和生物是有共性的。
克勞德·艾爾伍德·香農的著作更像是工程學，但香農的數學直覺是出奇地精確，他既是一位一流的數學家，又是一位一流的工程師。（前蘇聯科學院院士、數學家A. N. Kolmogorov在1954年國際數學家大會上評）
克勞德·艾爾伍德·香農是一位頑皮的天才，他發明了比特（bit），將媒體與信息分離，並為數字通信奠定了基礎（The New York Times called him a “playful genius who invented the bit, separated the medium from the message, and laid the foundations for all digital communications.）。（《紐約時報》評）
克勞德·艾爾伍德·香農是創造資訊時代的最偉大的巨人之一（Shannon was one of the greatest of the giants who created the information age.）。（《科學》雜誌資深編輯M. Mitchell Waldrop評）
